MOSFET的结构和工作原理

N通道型MOSFET

D→S之间为N→P→N,N→P的接合为反向,因此电流无法流动。
P型半导体中分布有一种叫做“空穴”的+电荷。

在G-S之间施加电压后,栅极正下方的P层反转为N,形成N型半导体层。
这样,N→P→N的路径将变化为N→N→N,因此电流ID可以流动。
这表示MOSFET“已变为ON状态”。

该N型层的部分叫做通道,由于通道为N型,因此也叫做N通道MOSFET。
通道部分的电阻叫做通道电阻。

MOSFET的栅极阈值(P8FE10SBK的示例)

项目

标准值单位解说
Min.Typ.Max.
VTH 1.5

2.0

2.5 V ID开始流动(变为ON)时的G-S间电压

① VGS=1V

  • ① VGS=1V

在G-S之间施加1V的电压时,通道仍处于P的状态,因此电流不会流动。

② VGS=2V

  • ② VGS=2V

在G-S之间施加2V左右的电压,则通道终于反转为N,电流开始流动。⇒此为阈值(VTH)

③ VGS=4.5V

  • ③ VGS=4.5V

要使ON电阻完全下降,必须施加远大于VTH的电压。
VGS=4.5V时为85mΩ、VGS=10V时为79mΩ

体二极管

如图所示,S⇒D之间原本为PN接合即二极管,因此
随时可以流过电流。
这种二极管叫做体(寄生)二极管,MOSFET符号的书写
也可如图所示。

P通道型MOSFET

S→D之间为P→N→P,N→P的接合为反向,因此电流无法流动。
N型半导体中分布有一种叫做“自由电子”的-电荷。

在G-S之间施加电压,则栅极正下方的N层反转为P,形成P型半导体层(通道)。
这样,P→N→P的路径变化为P→P→P,因此电流ID可以流动。
这表示MOSFET“已变为ON状态”。
由于通道为P型,因此也叫做P通道MOSFET。

由于P型半导体中的电流在“空穴”的作用下运动,因此与“电子”流动的N型半导体相比,电流更不容易流动。也就是说,在相同芯片尺寸的情况下,ON电阻比N型更大。

P通道型MOSFET的特征

  1. 要置于ON,应在G-S之间施加负电压。
  2. 与N通道型相比,ON电阻更大。
  3. 体二极管的方向为D→S。

根据这种特性,从使用方便性来考虑,市场上所采用的
MOSFET几乎都是N通道型,各半导体生产厂家的产品
也压倒性地以N通道型居多。

  • P通道型MOSFET的特征
    P通道型

P通道型MOSFET的使用例

  • 降压型DC/DC转换器
  • 防反接二极管的低损失化

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